3D 打印機(jī)械手 90 秒即可通過馬里奧第一關(guān)！

來源：前瞻網(wǎng)

來自馬里蘭大學(xué)的一組研究人員 3D 打印了一只柔軟的機(jī)械手，它足夠靈活，可以玩任天堂的超級馬里奧兄弟——并獲勝！

這一壯舉在最新一期《科學(xué)進(jìn)展》的封面上突出顯示，展示了軟機(jī)器人領(lǐng)域的一項(xiàng)有前途的創(chuàng)新，該領(lǐng)域的重點(diǎn)是創(chuàng)造新型的柔性充氣機(jī)器人，這些機(jī)器人使用水或空氣而不是電力提供動(dòng)力。軟機(jī)器人固有的安全性和適應(yīng)性引起了人們對其在假肢和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備等應(yīng)用中使用的興趣。不幸的是，控制使這些軟機(jī)器人彎曲和移動(dòng)的流體特別困難——直到現(xiàn)在。

PolyJet 3D 打印統(tǒng)一軟機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和增材制造策略，包括在單次打印中完全集成的流體電路。圖為 3D 打印軟體龜龜機(jī)器人。圖源 Science

由馬里蘭大學(xué)機(jī)械工程助理教授 Ryan D. Sochol 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)的關(guān)鍵突破是能夠一步 3D 打印具有集成流體電路的完全組裝的軟機(jī)器人。

" 以前，軟機(jī)械手的每個(gè)手指通常都需要自己的控制線，這會(huì)限制便攜性和實(shí)用性，" 共同第一作者 Joshua Hubbard 解釋說，他在 Sochol 的 Bioinspired Advanced Manufacturing 本科研究員期間進(jìn)行了這項(xiàng)研究。( BAM ) UMD 實(shí)驗(yàn)室。" 但是通過使用我們的集成流體晶體管 3D 打印柔軟的機(jī)械手，它可以根據(jù)一個(gè)壓力輸入來玩任天堂游戲。"

作為演示，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)集成的流體回路，允許手根據(jù)單個(gè)控制壓力的強(qiáng)度進(jìn)行操作。例如，施加低壓力導(dǎo)致只有食指按壓任天堂控制器使馬里奧行走，而高壓力導(dǎo)致馬里奧跳躍。在設(shè)定程序的引導(dǎo)下，自動(dòng)在關(guān)閉、低、中和高壓之間切換，機(jī)械手能夠按下控制器上的按鈕，在不到 90 秒的時(shí)間內(nèi)成功完成超級馬里奧兄弟的第一關(guān)。

" 最近，有幾個(gè)小組試圖利用流體回路來增強(qiáng)軟機(jī)器人的自主性，" 最近的博士說。該研究的研究生和共同第一作者 Ruben Acevedo 說，" 但是構(gòu)建這些流體回路并將其與機(jī)器人集成的方法可能需要數(shù)天到數(shù)周的時(shí)間，需要高度的體力勞動(dòng)和技術(shù)技能。"

為了克服這些障礙，該團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向了 "PolyJet 3D 打印 "，這類似于使用彩色打印機(jī)，但在 3D 中將多層多材料 " 墨水 " 堆疊在一起。

" 在一天之內(nèi)，只需少量勞動(dòng)，研究人員現(xiàn)在就可以從 3D 打印機(jī)上按下啟動(dòng)按鈕到擁有完整的軟機(jī)器人——包括所有軟執(zhí)行器、流體電路元件和身體特征——隨時(shí)可用， " 研究合著者克里斯汀愛德華茲說。

通過實(shí)時(shí)擊敗超級馬里奧兄弟的第一級來驗(yàn)證他們的策略的選擇是出于科學(xué)和樂趣的動(dòng)機(jī)。由于視頻游戲的時(shí)間安排和關(guān)卡構(gòu)成已經(jīng)確定，一個(gè)錯(cuò)誤就可能導(dǎo)致游戲立即結(jié)束，因此玩馬里奧提供了一種評估軟體機(jī)器人性能的新方法，這種方法具有獨(dú)特的挑戰(zhàn)性，而這種方法通常不會(huì)在現(xiàn)場解決 .

除了玩任天堂的機(jī)械手，Sochol 的團(tuán)隊(duì)還在他們的論文中報(bào)道了受龜龜啟發(fā)的軟體機(jī)器人。水龜恰好是 UMD 的官方吉祥物，該團(tuán)隊(duì)的所有軟體機(jī)器人都是在 UMD 的 Terrapin Works 3D 打印中心打印的。

該團(tuán)隊(duì)策略的另一個(gè)重要好處是它是開源的，任何人都可以閱讀論文的開放訪問權(quán)限，并且補(bǔ)充材料中的鏈接指向 GitHub，其中包含他們工作中的所有電子設(shè)計(jì)文件。

" 我們免費(fèi)共享我們所有的設(shè)計(jì)文件，以便任何人都可以輕松下載、按需修改和 3D 打印——無論是使用他們自己的打印機(jī)還是通過像我們這樣的打印服務(wù)——所有軟機(jī)器人和流體電路元件來自我們的工作，" 索科爾說。" 我們希望這種開源 3D 打印策略將擴(kuò)大具有集成流體回路的軟機(jī)器人的可訪問性、傳播性、可重復(fù)性和采用范圍，進(jìn)而加速該領(lǐng)域的進(jìn)步。"

目前，該團(tuán)隊(duì)正在探索將他們的技術(shù)用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，包括康復(fù)設(shè)備、手術(shù)工具和可定制的假肢。由于 Sochol 是 Fischell 生物工程系的附屬教師，也是馬里蘭機(jī)器人中心和 Robert E. Fischell 生物醫(yī)學(xué)設(shè)備研究所的成員，因此該團(tuán)隊(duì)擁有一個(gè)特殊的環(huán)境，可以繼續(xù)推進(jìn)他們的戰(zhàn)略，以應(yīng)對緊迫的挑戰(zhàn)。生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。